电流谐波对不同绕组形式永磁同步电机损耗研究

由PWM逆变器供电的永磁同步电动机定子电流中含有大量时间谐波,这些谐波作用于电机铁心和永磁体上产生损耗,不同绕组形式永磁同步电机受电流时间谐波的影响也不相同。建立集中绕组永磁同步电机和分布绕组永磁同步电机的有限元模型,将实测得到的PWM逆变器供电下电机的定子电流进行分解,得到各次电流谐波,并将电流谐波分别代入集中绕组电机和分布绕组电机进行仿真,研究谐波损耗对电机效率的影响,通过实验对比两种电机在电流谐波影响下的效率。     

分数槽永磁同步电机多物理场电磁振动分析

为探明分数槽永磁同步电机振动特性的一般规律,引入了一种分数槽永磁同步电机振动频谱特性和振动源的分析方法。理论分析了分数槽永磁同步电机电磁力波的特征参数和谐波来源,并以一台6槽4极非均匀气隙永磁同步电机为例,建立了样机的多物理场磁-固耦合仿真模型,并计算得出样机的电磁振动频谱特性;通过实验验证理论分析及有限元仿真结果的正确性。     

永磁同步电机谐波电压与电流的耦合模型及前馈控制

以一组正负序谐波电流对为研究对象,构建了多同步旋转坐标系下永磁同步电机的谐波电压模型,该模型揭示了正负序谐波电压与谐波电流之间的耦合关系。通过在传统矢量控制系统上增加参考谐波电流计算模块与前馈谐波电压计算模块,构建一种谐波电流注入控制系统,该系统中电流比例积分(PI)控制器只需完成基波电流对应直流量的跟踪,谐波电流的跟踪性能则由前馈的谐波电压保证。选取两种永磁同步电机作为谐波电流注入的试验对象,对比具有前馈谐波电压的系统与仅包含电流PI控制器的系统的谐波电流响应结果,台架试验结果表明前馈谐波电压能够有效地改善高频谐波电流注入的效果,另外从时域及频域分别对电机输出的转矩脉动信号进行对比和分析,结果表明:利用前馈谐波电压能更准确地完成谐波电流的注入,进而实现永磁同步电机转矩脉动的有效抑制。     

多工况不同控制策略下表贴式永磁同步电机供电电流谐波分析

为了深入掌握不同控制策略下供电电流谐波对表贴式永磁同步电机性能的影响,本文在比较不同控制策略原理的基础上完成了PI和滑模控制器的参数整定,基于同一表贴式永磁同步电机建立了不同控制策略下的Matlab/Simulink仿真模型,对不同工况下表贴式永磁同步电机的供电电流分别进行谐波分析,分析了多工况下供电电流谐波的分布情况,发现不同控制策略产生的供电电流在空载以及高速运行状态下均在SVPWM开关频率附近有幅值较大的谐波分量。为了降低供电电流总谐波失真(THD),提出自适应开关频率法,使不同工况下供电电流THD平均下降30%左右,同时降低了IGBT的开关损耗并延长其使用寿命。最后对多工况下不同控制策略做出评价,为进一步研究供电电流谐波对永磁同步电机的温升和振动噪声的影响打下基础。     

不同绕组型式双Y移30°六相永磁同步电机建模与谐波电流优化控制

基于空间矢量解耦方法,建立绕组正弦和非正弦分布的双Y移30°六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型;为了减小谐波子空间电流,研究了谐波电流闭环控制和谐波电压开环控制两种控制方法,得出两种控制方式下相电流FFT分析结果。仿真和实验结果表明:谐波电流闭环控制方式对绕组正弦和非正弦两种电机具有更好的电流谐波控制效果,可以减小系统损耗,该方法更适合于双Y移30°六相永磁同步电机的控制。     

逆变器供电永磁同步电机铁耗和永磁体损耗分析

为了模拟逆变器供电变频调速永磁同步电机铁耗和永磁体损耗的精确计算,采用非线性电感参数电机模型与矢量控制技术构建电机系统性能仿真平台,开展基于SVPWM矢量控制的高密度永磁同步电机损耗相关技术研究。以48槽8极高密度永磁同步电机为例,研究逆变器供电变频调速永磁同步电机电流时间谐波对铁耗和永磁体损耗的影响,仿真分析逆变器参数与定子电流畸变率之间的关系。仿真分析表明,电流时间谐波是产生永磁体涡流损耗的主要因素;电流时间谐波对铁心涡流损耗影响大,对铁心磁滞损耗影响小;在一定的范围内,当载波比和调制比增大时,电流畸变率减小,铁耗和永磁体涡流损耗也随之减小。与正弦波供电方式相比,用逆变器供电仿真计算得到的铁耗和永磁体损耗值更接近样机实验数据,进一步验证了仿真分析方法的准确性。     

基于dSPACE的永磁同步电机低振动噪声控制策略

为降低变频器供电引起的永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声,首先理论分析了变频器引入的PMSM振动噪声源,然后利用MATLAB/Simulink建立仿真模型,通过d SPACE进行编译并控制一台PMSM,比较了随机开关频率调制技术和死区补偿技术降低振动噪声的优缺点,提出一种混合随机开关频率-死区补偿技术。试验结果表明,此方法综合随机开关频率调制技术和死区补偿技术的优点,能降低逆变器引入电流谐波引起的中低频振动噪声和逆变器开关频率与电流谐波相互作用引起的高频振动噪声。     

永磁同步电机矢量控制双滑模模型参考自适应系统转速辨识

编码器的使用降低了永磁同步电机矢量控制系统的可靠性和耐用性,且某些场合无法安装编码器。理论上可以通过永磁同步电机的电压和电流实时计算出电机的转速和转子位置角度。该文提出了一种基于双滑模模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS)的永磁同步电机无位置传感器控制策略。其中,参考模型为永磁电机本身,可调模型为永磁电机电流模型。利用两模型输出的偏差构造了2个滑模面,将通过滑模算法获得的等效控制进行运算即可获得电机的转速和转子位置角度,并分别用于矢量控制系统的速度调节和坐标变换。在理论分析的基础上进行了仿真研究,仿真结果表明所提出的观测方法是有效的。     

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

考虑电流谐波的永磁同步电机电磁振动和噪声半解析模型

提出了一种永磁同步电机快速半解析计算模型,可以分析常见的电流谐波对振动和噪声的影响,并提高了计算效率。首先通过解析和有限元相结合的方法计算了永磁体磁通密度和气隙比磁导,并建立了考虑任意电流波形的电枢磁通密度的解析模型,通过麦克斯韦应力张量方程计算径向电磁力,与有限元计算的电磁力吻合较好。其次通过二维傅里叶变换得到了特定空间阶数电磁力的频率成分,并基于壳体振动和声辐射模型分别计算了定子表面振动和噪声,计算结果能够反映实测振动噪声的主要峰值和分布。最后分析了电流谐波引起的振动噪声的阶次特征和峰值变化。该文提出的半解析模型为在设计阶段考虑电机的振动和噪声提出了一种有效分析方法。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

基于 场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于ANSYS/Maxwell、Simplorer和MATLAB/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机（IPMSM）场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流（MTPA）和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

基于EEMD-RobustICA的车用永磁同步电机噪声源识别

针对电动汽车驱动用永磁同步电机噪声源问题,采用集合经验模态分解(EEMD)结合鲁棒性独立成分分析(Robust-ICA)方法对电机噪声信号进行分解与分离,利用傅里叶变换与小波变换相结合的方法对各噪声源进行频域与时频域分析。结果表明,EEMD-RobustICA的方法可以有效地识别出该永磁同步电机的主要独立噪声源,各噪声源的贡献量大小依次为开关频率噪声、径向电磁力噪声和机械噪声。开关频率噪声是一种高频瞬态噪声,在时频域上呈现周期性变化。径向电磁力噪声与机械噪声均为稳态低频噪声。基于EEMD-RobustICA的噪声源识别方法可以为降低永磁同步电机的噪声提供理论依据。     

永磁同步电机的自适应云模型控制研究

针对PID或其改进的算法鲁棒性偏低问题,提出了永磁同步电机(PMSM)的自适应云模型控制算法研究。在分析了自适应云模型结构后设计了PMSM自适应云模型控制器。搭建了基于自适应云模型控制算法的PMSM试验平台,试验结果表明提出的PMSM的自适应云模型控制算法精度高、性能稳定。